Die Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung von reinen Kältemitteln vom Tripelpunkt bis zum kritischen Punkt

Zusammenfassung Die Oberflächenspannung von sechs reinen Substanzen — SF₆, CCl₃F, CCl₂F₂, CClF₃, CBrF₃ und CHClF₂ — wurde mit Hilfe einer modifizierten Kapillarmethode gemessen. Die zur Berechnung der Oberflächenspannung erforderlichen Sättigungsdichten und wurden teils aus vorhandenen Zustandsgleichungen, teils aus ebenfalls gemessenen Brechungsindizes bestimmt. Die Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung läßt sich durch einen erweiterten Ansatz nach van der Waals =_O (T_c-T)(1+...) darstellen, wobei bei einfachen Stoffen ein eingliedriger, bei polaren und assoziierenden Stoffen ein zweigliedriger Ansatz notwendig und ausreichend ist. Für den kritischen Exponenten der Oberflächenspannung wurde ein von der molekularen Substanz weitgehend unabhängiger Wert von =1.284±0.005 gefunden.

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Temperature dependence of surface tension of pure refrigerants from triple point up to the critical point

The surface tension of six fluids (SF₆, CCl₃F, CCl₂F₂, CClF₃, CBrF₃, CHClF₂) have been measured by means of a modified capillary rise method. The liquid vapor densities, which are needed to calculate the surface tension, have partly been determined by means of refractive indices simultaneously measured in the same apparatus. The temperature dependence of the surface tension is described by an extended van der Waals power law =_O(T_c-T)(1+...). For simple fluids one term and for polar and associating fluids two terms are necessary and sufficient. The critical exponent is found to be 1.284 ± 0.005 and nearly independent of the molecular structure.

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Formelzeichen a² Laplace-Koeffizient - a Parameter - B_O, B_on Koeffizient der Koexistenzkurve - g Erdbeschleunigung - H Höhe, kapillare Steighöhe - LL Lorentz-Lorenz-Funktion oder Refraktionskonstante - M molare Masse - M Zahl der Meßwerte - N Zahl der unbekannten Parameter - n Brechungsindex - p Druck - R,r Radius - s Entropie - SD Standardabweichung - T, t Temperatur - u innere Energie Griechische Formelzeichen Exponent des Laplace-Koeffizienten - Exponent der Koexistenzkurve - 2. Exponent der Oberflächenspannung - Wellenlänge des Lichts - Exponent der Oberflächenspannung - _D Dipolmoment - , Dichte der Flüssigkeit bzw. des Dampfes - Oberflächenspannung - reduzierte Temperatur (1-T/T_c) - ² gewichtete Varianz Indizes c kritischer Zustand - D Differenz - m Mittelwert - T Isotherme - t Zustand am Tripelpunkt - S Zustand am Schmelzpunkt - bezogen auf Oberfläche     

Peristaltic pumping of a second-order fluid in a planar channel

The peristaltic motion of a non-Newtonian fluid represented by the constitutive equation for a second-order fluid was studied for the case of a planar channel with harmonically undulating extensible walls. A perturbation series for the parameter ( half-width of channel/wave length) obtained explicit terms of 0(²), 0(²Re²) and 0(₁Re²) respectively representing curvature, inertia and the non-Newtonian character of the fluid. Numerical computations were performed and compared to the perturbation analysis in order to determine the range of validity of the terms.Presented at the second conference Recent Developments in Structured Continua, May 23–25, 1990, in Sherbrooke, Québec, Canada     

An experimental investigation of separating flow on a convex surface

The mean and turbulent characteristics of an incompressible turbulent boundary layer developing on a convex surface under the influence of an adverse pressure gradient are presented in this paper.The turbulence quantities measured include all the components of Reynolds stresses, auto-correlation functions and power spectra of the three components of turbulence. The results indicate the comparative influence of the convex curvature and adverse pressure gradient which are simultaneously acting on the flow. The investigation provides extensive experimental information which is much needed for a better understanding of turbulent shear flows.Nomenclature a, b constants in equation for velocity defect profile (Fig. 6) - c _f skin-friction coefficient (= _w/F _1/2 U ₁ ² ) - E(k ₁) one-dimensional wave number spectra - f frequency in Hz - G Clauser's equilibrium parameter = (H–1)/H(c _f /2) - H shape parameter (= ₁/ ₂) - k ₁ wave number (=2f/U) - L _u, L _v, L _w length scales of u, v and w fluctuations - p _s static pressure on the measurement surface - p _w reference tunnel wall static pressure - q ² total turbulent kinetic energy - R radius of curvature of the convex surface - R() auto-correlation function - T _u, T _v, T _w time scales of u, v and w fluctuations - U local mean velocity - U ₁ local free stream velocity - U _* friction velocity - u, v, w velocity fluctuations in x, y and z directions respectively - X streamwise coordinate measured along the surface from A (Fig. 1b) - x streamwise coordinate measured along the surface reckoned from station 9 - y coordinate normal to the surface - z spanwise coordinate - ₁/ _w · dp/dx - - boundary layer thickness - ₁ displacement thickness - ₂ momentum thickness - ₃ energy thickness - kinematic viscosity - density - time delay - _w wall shear stress     

Asymptotic Nusselt numbers for Newtonian flow through a parallel-plate channel with recycle

General expressions for evaluating the asymptotic Nusselt number for a Newtonian flow through a parallel-plate channel with recycle at the ends have been derived. Numerical results with the ratio of thicknesses as a parameter for various recycle ratios are obtained. A regression analysis shows that the results can be expressed by log Nur^0.83=0.3589 (log)² -0.2925 (log) + 0.3348 forR 3, 0.1 0.9; logNu=0.5982(log)² +0.3755 × 10^–2 (log) +0.8342 forR 10^–2, 0.1 0.9.

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Asymptotische Nusselt-Zahlen für die Newtonsche Strömung durch einen Kanal aus parallelen Platten mit Rückführung

Zusammenfassung In dieser Untersuchung wurden allgemeine Ausdrücke hergeleitet um die asymptotische Nusselt-Zahl für eine Newtonsche Strömung durch einen Kanal aus parallelen Platten mit Rückführung an den Enden berechnen zu können. Es wurden numerische Ergebnisse mit den Dicken-Verhältnissen, als Parameter für verschiedene Rückführungs-verhältnisse, erhalten. Eine Regressionsanalyse zeigt, daß die Ergebnisse wie folgt ausgedrückt werden können: log Nur^0,83=0,3589 (log)² -0,2925 (log) + 0,3348 fürR 3, 0,1 0,9; logNu=0,5982(log)² +0,3755 × 10^–2 (log) + 0,8342 fürR 10^–2, 0,1 0,9.

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Nomenclature A₁ shooting value,d(0)/d - A₂ shooting value,d(1)/d - B channel width - Gz Graetz number, U_bW²/L - h _m logarithmic average convective heat transfer coefficient - h _x average local convective heat transfer coefficient - k thermal conductivity - L channel length - Nu average local Nusselt number, 2 h_xW/k - Nu _m logarithmic average Nusselt number, 2h_mW/k - R recycle ratio, reverse volume flow rate divided by input volume flow rate - T temperature of fluid - T _m bulk temperature, Eq. (8) - T ₀ temperature of feed stream - T _s wall temperature - U velocity distribution - U _b reference velocity,V/BW - V input volume flow rate - v dimensionless velocity distribution, U/U_b - W channel thickness - x longitudinal coordinate - y transversal coordinate - Z₁-z₆ functions defined in Eq. (A1) - thermal diffusivity - least squares error, Eq. (A7) - weight, Eqs. (A8), (A9) - dimensionless coordinate,y/W - dimensionless coordinate,x/GzL - function, Eq. (7)     

Transport in ordered and disordered porous media III: Closure and comparison between theory and experiment

In this paper we examine the closure problem associated with the volume averaged form of the Stokes equations presented in Part II. For both ordered and disordered porous media, we make use of a spatially periodic model of a porous medium. Under these circumstances the closure problem, in terms of theclosure variables, is independent of the weighting functions used in the spatial smoothing process. Comparison between theory and experiment suggests that the geometrical characteristics of the unit cell dominate the calculated value of the Darcy's law permeability tensor, whereas the periodic conditions required for thelocal form of the closure problem play only a minor role.Roman Letters A interfacial area of the- interface contained within the macroscopic region, m² - A _e area of entrances and exits for the-phase contained within the macroscopic system, m² - A interfacial area of the- interface associated with the local closure problem, m² - A _p surface area of a particle, m² - b vector used to represent the pressure deviation, m^–1 - B ⁰ B+I, a second order tensor that maps v _m ontov - B second-order tensor used to represent the velocity deviation - d _p 6V _p/A_p, effective particle diameter, m - d a vector related to the pressure, m - D a second-order tensor related to the velocity, m² - g gravity vector, m/s² - I unit tensor - K traditional Darcy's law permeability tensor calculated on the basis of a spatially periodic model, m² - K _m permeability tensor for the weighted average form of Darcy's law, m² - L general characteristic length for volume averaged quantities, m - L _p characteristic length for the volume averaged pressure, m - L characteristic length for the porosity, m - L _v characteristic length for the volume averaged velocity, m - characteristic length (pore scale) for the-phase - _i i=1, 2, 3 lattice vectors, m - weighting function - m(-y) , convolution product weighting function - m _v special convolution product weighting function associated with the traditional averaging volume - m _g general convolution product weighting function - m _V unit cell convolution product weighting function - m _C special convolution product weighting function for ordered media which produces the cellular average - n unit normal vector pointing from the-phase toward the -phase - p pressure in the-phase, N/m² - p _m superficial weighted average pressure, N/m² - p _m intrinsic weighted average pressure, N/m² - p traditional intrinsic volume averaged pressure, N/m² - p – p _m , spatial deviation pressure, N/m² - r ₀ radius of a spherical averaging volume, m - r _m support of the convolution product weighting function - r position vector, m - r position vector locating points in the-phase, m. - V averaging volume, m³ - B volume of the-phase contained in the averaging volume, m³ - V _cell volume of a unit cell, m³ - v velocity vector in the-phase, m/s - v _m superficial weighted average velocity, m/s - v _m intrinsic weighted average velocity, m/s - v traditional superficial volume averaged velocity, m/s - v – v _m , spatial deviation velocity, m/s - x position vector locating the centroid of the averaging volume or the convolution product weighting function, m - y position vector relative to the centroid, m - y position vector locating points in the -phase relative to the centroid, m Greek Letters indicator function for the-phase - Dirac distribution associated with the- interface - V /V, volume average porosity - _m m * , weighted average porosity - mass density of the-phase, kg/m³ - viscosity of the-phase, Ns/m²     

Berechnung des Temperaturfeldes um eine im Erdboden verlegte Punkt- und Linienquelle bei Randbedingung III. Art an der Erdoberfläche

Zusammenfassung Für den Fall, daß sich in einem halbunendlichen Körper in der Tiefe L eine Punkt- bzw. Linienquelle befindet und daß an der Oberfläche des Körpers ein örtlich und zeitlich konstanter Wärmeübergangskoeffizient herrscht, wird das stationäre Temperaturfeld analytisch berechnet. Beim Vergleich mit einer Näherungslösung (Hilfsschicht) zeigt sich, daß nicht so sehr die Biot-Zahl Bi= · L/ als vielmehr der größte Winkel zwischen Wandnormale und Wärmestromdichte in der Hilfsschicht ein Maß für die Genauigkeit der Näherungslösung ist.

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Calculation of the temperature field around a buried point- and linesource, respectively, when the boundary condition is Newton's law

The steady state temperature field in a semiinfinite body caused by a buried point- and linesource, respectively, has been analytically calculated. The comparison with a simple approach (additional-layer) shows that the greatest angle between the normal of the wall and the heat flux density in the additional-layer, describes the quality of the approach better than the Biot-number Bi=L/ does.

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Formelzeichen A Fläche - Bi Biot-Zahl - C Eigenwertfunktion - E₁ Exponentialintegral - exp Exponentialfunktion - i komplexe Einheit - J₀ Besselfunktion nullter Ordnung und 1. Grades - L Verlegungstiefe der Punkt- bzw. Linienquelle - Q Quellstärke - r Radius - Re Realteil eines Ausdruckes - T Temperatur - t Integrationsvariable - x, y, z Ortskoordinaten - Wärmeübergangskoeffizienten an der Erdoberfläche - Laplace-Operator - Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens - dimensionslose Temperatur - Integrationsvariable - dimensionsloser Radius - komplexe Ortskoordination Indizes 0 Erdoberfläche, senkrecht über der Quelle - 1 Lösung für das 1. Randwertproblem - 3 Lösung für das 3. Randwertproblem - 13 Zusatzfunktion - w Erdoberfläche - Umgebungstemperatur - Näherungslösung     

The rheology of polymeric liquid crystals

The molecular theory of Doi has been used as a framework to characterize the rheological behavior of polymeric liquid crystals at the low deformation rates for which it was derived, and an appropriate extension for high deformation rates is presented. The essential physics behind the Doi formulation has, however, been retained in its entirety. The resulting four-parameter equation enables prediction of the shearing behavior at low and high deformation rates, of the stress in extensional flows, of the isotropic-anisotropic phase transition and of the molecular orientation. Extensional data over nearly three decades of elongation rate (10^–2–10¹) and shearing data over six decades of shear rate (10^–2–10⁴) have been correlated using this analysis. Experimental data are presented for both homogeneous and inhomogeneous shearing stress fields. For the latter, a 20-fold range of capillary tube diameters has been employed and no effects of system geometry or the inhomogeneity of the flow-field are observed. Such an independence of the rheological properties from these effects does not occur for low molecular weight liquid crystals and this is, perhaps, the first time this has been reported for polymeric lyotropic liquid crystals; the physical basis for this major difference is discussed briefly. A Semi-empirical constant in eq. (18), N/m² - c rod concentration, rods/m³ - c ^* critical rod concentration at which the isotropic phase becomes unstable, rods/m³ - C interaction potential in the Doi theory defined in eq. (3) - d rod diameter, m - D semi-empirical constant in eq. (19), s^–1 - D _r lumped rotational diffusivity defined in eq. (4), s^–1 - rotational diffusivity of rods in a concentrated (liquid crystalline) system, s^–1 - D _ro rotational diffusivity of a dilute solution of rods, s^–1 - f distribution function defining rod orientation - F tensorial term in the Doi theory defined in eq. (7) (or eq. (19)), s^–1 - G tensorial term in the Doi theory defined in eq. (8) - K _B Boltzmann constant, 1.38 × 10^–23 J/K-molecule - L rod length, m - S scalar order parameter - S tensor order parameter defined in eq. (5) - t time, s - T absolute temperature, K - u unit vector describing the orientation of an individual rod - rate of change ofu due to macroscopic flow, s^–1 - v fluid velocity vector, m/s - v velocity gradient tensor defined in eq. (9), s^–1 - V mean field (aligning) potential defined in eq. (2) - x coordinate direction, m - Kronecker delta (= 0 if = 1 if = ) - _r ratio of viscosity of suspension to that of the solvent at the same shear stress - _s solvent viscosity, Pa · s - ^* viscosity at the critical concentrationc ^*, Pa · s - v ₁, v₂ numerical factors in eqs. (3) and (4), respectively - deviatoric stress tensor, N/m² - volume fraction of rods - ⁰ constant in eq. (16) - ^* volume fraction of rods at the critical concentrationc ^* - average over the distribution functionf(u, t) (= d ²u f(u, t)) - gradient operator - d ²u integral over the surface of the sphere (|u| = 1)     

Interaction of a vortex couple with a free surface

The characteristics of three-dimensional flow structures (scars and striations) resulting from the interaction between a heterostrophic vortex pair in vertical ascent and a clean free surface are described. The flow features at the scar-striation interface (a constellation of whirls or coherent vortical structures) are investigated through the use of flow visualization, a motion analysis system, and the vortex-element method. The results suggest that the striations are a consequence of the short wavelength instability of the vortex pair and the helical instability of the tightly spiralled regions of vorticity. The whirls result from the interaction of striations with the surface vorticity. The whirl-merging is responsible for the reverse energy cascade leading to the formation and longevity of larger vortical structures amidst a rapidly decaying turbulent field.List of symbols A _c Area of a vortex core (Fig. 6b) - AR Aspect ratio of the delta wing model - B base width of delta wing - b ₀ initial separation of the vortex couple - d ₀ depth at which the vortex pair is generated - c average whirl spacing in the x-direction - E energy density - Fr Froude number ( ) - g gravitational acceleration - L length of the scar band - L _ko length of the Kelvin oval - N _w number of whirls in each scar band - P _c Perimeter of a vortex core - q surface velocity vector - r _c core size of the whirl ( = 2A _c/P _c) - Re Reynolds number ( = ) - Rnd a random number - s inboard edge of the scar front (Fig. 6 a) - t time - u velocity in the x-direction - velocity in the y-direction - V _b velocity imposed on a scar by the vortex couple (Fig. 6 a) - V ₀ initial mutual-induction velocity of the vortex couple (=₀/2b ₀) - V _t tangential velocity at the edge of the whirl core - w width of the scar front (Fig. 6 a) - z complex variable - z _k position of the whirl center - half included angle of V-shaped scar band - wave number - _m initial mean circulation of the whirls - ₀ initial circulation of the vortex pair - _w circulation of a whirl - _min minimum survival strength of a whirl - t time step - gDz increment of z - gD change in vorticity - cut-off distance in velocity calculations - critical merging distance - curvature of the surface - wavelength - kinematic viscosity - angular velocity of a whirl core     

Viscoelastic swirling flow with free surface in cylindrical chambers

The flow of a viscoelastic liquid driven by the steadily rotating bottom cover of a cylindrical cup is investigated. The flow field and the shape of the free surface are determined at the lowest significant orders of the regular domain perturbation in terms of the angular velocity of the bottom cap. The meridional field superposed on a primary azimuthal field shows a structure of multiple cells. The velocity field and the shape of the free surface are strongly effected by the cylinder aspect ratio and the elasticity of the liquid. The use of this flow configuration as a free surface rheometer to determine the first two Rivlin-Ericksen constants is shown to be promising.Nomenclature R, ,Z Coordinates in the physical domain D - , , Coordinates in the rest stateD ₀ - r, ,z Dimensionless coordinates in the rest stateD ₀ - Angular velocity - Zero shear viscosity - Surface tension coefficient - Density - Dimensionless surface tension parameter - ₁, ₂ The first two Rivlin-Ericksen constants - Stream function - Dimensionless second order meridional stream function - ^* Dimensionless second normal stress function - 2 Dimensionless sum of the first and second normal stress functions - N ₁,N ₂ The first and second normal stress functions - n Unit normal vector - D Stretching tensor - A _n nth order Rivlin-Ericksen tensor - S Extra-stress - u Velocity field - U Dimensionless second order meridional velocity field - V Dimensionless first order azimuthal velocity field - p Pressure - Modified pressure field - P Dimensionless second order pressure field - J Mean curvature - a Cylinder radius - d Liquid depth at rest - D Dimensionless liquid depth at rest - h Free surface height - H Dimensionless free surface height at the second order     

Impacts of local dispersion and first-order decay on solute transport in randomly heterogeneous porous media

Stochastic subsurface transport theories either disregard local dispersion or take it to be constant. We offer an alternative Eulerian-Lagrangian formalism to account for both local dispersion and first-order mass removal (due to radioactive decay or biodegradation). It rests on a decomposition of the velocityv into a field-scale componentv , which is defined on the scale of measurement support, and a zero mean sub-field-scale componentv _s , which fluctuates randomly on scales smaller than. Without loss of generality, we work formally with unconditional statistics ofv _s and conditional statistics ofv . We then require that, within this (or other selected) working framework,v _s andv be mutually uncorrelated. This holds whenever the correlation scale ofv is large in comparison to that ofv _s . The formalism leads to an integro-differential equation for the conditional mean total concentration c which includes two dispersion terms, one field-scale and one sub-field-scale. It also leads to explicit expressions for conditional second moments of concentration cc. We solve the former, and evaluate the latter, for mildly fluctuatingv by means of an analytical-numerical method developed earlier by Zhang and Neuman. We present results in two-dimensional flow fields of unconditional (prior) mean uniformv . These show that the relative effect of local dispersion on first and second moments of concentration dies out locally as the corresponding dispersion tensor tends to zero. The effect also diminishes with time and source size. Our results thus do not support claims in the literature that local dispersion must always be accounted for, no matter how small it is. First-order decay reduces dispersion. This effect increases with time. However, these concentration moments c and cc of total concentrationc, which are associated with the scale below, cannot be used to estimate the field-scale concentrationc directly. To do so, a spatial average over the field measurement scale is needed. Nevertheless, our numerical results show that differences between the ensemble moments ofc and those ofc are negligible, especially for nonpoint sources, because the ensemble moments ofc are already smooth enough.     

Thermal entrance region heat transfer for MHD laminar flow in parallel-plate channels with unequal wall temperatures

The problem of thermal entry heat transfer for Hartmann flow in parallel-plate channels with uniform but unequal wall temperatures considering viscous dissipation, Joule heating and axial conduction effects is approached by the eigenfunction expansion method. The series expansion coefficients for the nonorthogonal eigenfunctions are obtained by using a method for nonorthogonal series described by Kantorovich and Krylov [21]. Numerical results are obtained for the case with entrance condition parameter _o=1 and open circuit condition K=1. The parametric values of Ha=0, 2, 6, 10 and Br=0, –1 are considered for Hartmann and Brinkman numbers, respectively.

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Zusammenfassung Das Problem der Wärmeübertragung im thermischen Einlauf einer Hartmannströmung im ebenen Spalt mit einheitlichen, aber ungleichen Wandtemperaturen wurde unter Berücksichtigung viskoser Dissipation, Joulescher Heizung und axialer Wärmeleitung mit Hilfe einer Entwicklung nach Eigenfunktionen behandelt. Die Koeffizienten der Entwicklung für nichtorthogonale Eigenfunctionen wurde nach einer Methode für nichtorthogonale Reihen nach Kantorovicz und Krylow [21] berechnet. Numerische Ergebnisse werden für den Eintrittsparameter _o=1 und die Bedingung für den offenen Stromkreis K=1 erhalten. Die Parameterwerte Ha=0, 2, 6, 10 und Br=0, –1 werden für die jeweiligen Werte der Hartmann- und der Brinckman-Zahl betrachtet.

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Nomenclature a one-half of channel height - ¯B,B₀ magnetic field Induction vector and magnitude of applied magnetic field - Br Brinkman number, _f U_m ²/(k_c) - C_n,D_n coefficients in the series expansion of _e, see eq. 16 - c_p specific heat at constant pressure - ,E₀ electric field intensity vector and component - E_n,O_n even and odd eigenfunctions - Ha Hartmann number, (/_f)^1/2 B_o a - h₁,h₂ local heat transfer coefficients at lower and upper plates - ¯J,J_y electric current density vector and component - K external loading parameter, E_o/(B_o U_m) - k thermal conductivity - Nu₁, Nu₂ local Nusselt numbers, h₁,a/k and h₂a/k, respectively - P fluid pressure - Pe Peclet number, PrRe - Pr Prandtl number, C_{p f}/k - q₁,q₂ rates of heat transfer per unit area,^–k(T/Z)Z=–a'^–k(T/Z) Z=a respectively - Re Reynolds number, U_ma/u_f - T,T₀,T₁,T₂ fluid temperature, uniform entrance temperature, uniform but different lower and upper plate temperatures, respectively - T_b,T_m bulk temperature and (T₁+T₂)/2 - U,U_m,u axial, mean and dimensionless velocities, respectively - ¯V velocity vector - X,Z axial and transverse coordinates - x,z dimensionless coordinates - _n,_n even and odd eigenvalues - ,₀,_b dimensionless fluid, entrance and bulk temperatures, respectively - _c,_e,_f characteristic temperature difference (T₂-T_m), and dimensionless fluid temperatures, defined by eq. (10) - _e,_f magnetic permeability and viscosity of fluid - fluid density - electric conductivity - viscous dissipation function - (1-)/2     

Temperaturverteilung in tiefen und flachen Seen

Zusammenfassung Die Temperaturverteilung in tiefen und flachen Seen lÄ\t sich unter gewissen Vereinfachungen als instationares, eindimensionales WÄrmeleitproblem behandeln. Konvektion in bestimmten Bereichen des Sees kann durch Mittelung der den instabilen Temperaturprofilen entsprechenden inneren Energie berücksichtigt werden. Ma\gebliche Parameter für den örtlichen und zeitlichen Temperaturverlauf sind der vertikale Absorptionskoeffizient und das VerhÄltnis von WÄrmeaustausch an der OberflÄche einerseits zur sichtbaren Sonnen- und Himmelsstrahlung andererseits. Zeitlich verÄnderlicher Energieaustausch lÄ\t sich durch eine schrittweise Berechnung berücksichtigen. Messungen anderer Autoren an Seen sowie eigene Modellexperimente bestÄtigen die im theoretischen Modell enthaltenen Annahmen.

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Temperature distribution in deep and shallow lakes

For certain simplifications the temperature distribution in deep as well as shallow lakes can be treated as a non-steady, one-dimensional heat conduction problem. Convection in certain regions of the lake can be taken into account by averaging the internal energy corresponding to the calculated unstable profiles. The leading parameters for the spatial and temporal temperature distribution are the vertical absorption coefficient on one hand and the ratio of heat exchange at the surface to visible solar and sky radiation on the other. Transient energy exchange can be considered by stepwise calculation. Field measurements of other authors as well as own model experiments confirm the assumptions made in the theoretical model.

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Formelzeichen

1 Lateinische Buchstaben a Temperaturleitzahl - c spezifische WÄrmekapazitÄt - I IntensitÄt - L Seetiefe - n Brechungsindex - q Energiestromdichte - q_g Gesamtstrahlungsstromdichte an der OberflÄche - q_o sichtbare Strahlungsstromdichte an der OberflÄche - q_v WÄrmestromdichte an der OberflÄche (durch Konvektion, Verdunstung und/oder langwellige Zu- und Abstrahlung) - r Reflexionsver mögen der SeeoberflÄche - s Strahlweg - t Zeit - w volumenbezogene WÄrmequelle - z vertikale Ortskoordinate 2 Griechische Buchstaben Zenitwinkel - Zenitwinkel unter Wasser - Absorptionskoeffizient - dimensionslose vertikale Ortskoordinate - dimensionslose Variable - Temperatur - dimensionslose Temperatur - WellenlÄnge - WÄrmeleitfÄhigkeit (Index eff für turbulente WÄrmeleitfÄhigkeit) - dimensionslose Tiefe - Dichte - EnergiestromdichteverhÄltnis - dimensionslose Zeit - _k dimensionslose Variable 3 Indices e Epilimnion - h Hypolimnion - o SeeoberflÄche - spektrale Grö\e Auszug aus der vom Fachbereich Maschinenwesen der Technischen UniversitÄt München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs genehmigten Dissertation über Temperaturverteilung in Seen des Diplom-Ingenieurs Siegfried Blo\. Berichterstatter Prof. Dr.-Ing. U. Grigull und Prof. Dr. rer. nat. D. Vortmeyer.- Die Dissertation wurde am 27. Mai 1977 bei der Technischen UniversitÄt München eingereicht und durch den Fachbereich Maschinenwesen am 19. Juli 1977 angenommen. Tag der Promotion 26. Juli 1977     

The problems of nonlinear bending for orthotropic rectangular plate with four clamped edges

（黄家寅）（秦圣立）ＴＨＥＰＲＯＢＬＥＭＳＯＦＮＯＮＬＩＮＥＡＲＢＥＮＤＩＮＧＦＯＲＯＲＴＨＯＴＲＯＰＩＣＲＥＣＴＡＮＧＵＬＡＲＰＬＡＴＥＷＩＴＨＦＯＵＲＣＬＡＭＰＥＤＥＤＧＥＳ￥ＨｕａｎｇＪｉａｙｉｎ;ＱｉｎＳｈｅｎｇｌｉ（ＱｕｆｕＮｏｒｍａｌＵｎ...     

Rotationsviskosimetrie mit kugelförmigen Spindeln

Zusammenfassung Die Rheodynamik der stationären viskometrischen Drehströmung um eine rotierende Kugel wird mit Methoden der Variationsrechnung untersucht. Neben iterativen numerischen Lösungsmethoden, die zu exakten Resultaten führen, wird auch eine approximative Ein-Gradienten-Lösung konstruiert, die durch Quadraturen dargestellt wird. Ausgehend von dieser analytischen Approximation werden einfache Methoden zur Auswertung von Experimentaldaten vorgeschlagen, die mit Hilfe von Eintauch-Rotationsviskosimetern mit kugelförmigen Meßspindeln gewonnen wurden.

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Summary The rotational viscometric flow around a rotating sphere has been studied by variational methods. The exact numerical, as well as an approximate analytical solutions are given. Employing the analytical approximation, a simple method of evaluating viscometric data from immersional (portable) viscometers with a rotating sphere is proposed.

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A Achsenschnitt durch den Bereich der Strömung - B - b, c anpaßbare empirische Konstanten - C Kalibrierungsoperator - D Schergeschwindigkeit der viskosimetrischen Strömung - D _ij Komponenten des Deformationsgeschwindigkeitstensors - D _I, _I Stoffkonstanten der VF des Ellis-Modells - g metrischer Koeffizient - H() Funktional der Ein-Gradienten-Approximation, Gl. [27] - J[] energetisches Potential - J _a[] Ein-Gradienten-Approximation fürJ - K Konsistenzkoeffizient, Parameter der VF des Potenzmodells - m Parameter des Ellis-Modells - M Drehmoment - n Parameter des Potenzmodells - n, n Differentialindices der VF, Gl. [20c, d] - n*,n** Differentialindices der RC, Gl. [9], [13] - r, , z polare Zylinderkoordinaten - R Spindelhalbmesser - rheometrischer Operator - S Spindeloberfläche - U(D) energetische Funktion nachBird, Gl. [20e] - v _i physikalische Komponenten der Geschwindigkeit - Z() transformierte VF, Gl. [20f] - (n) durch Gl. [35] definierte Funktion - k Verhältnis der Radien von Spindel und Wand - ( durch Gl. [43] definierte Funktion - natürliche (Radial-)Koordinate - Schubspannung der viskosimetrischen Strömung - _ij Komponenten des Spannungstensors - _S() Spannungsprofil an der Spindeloberfläche - _M Maximalspannung an der Spindeloberfläche - mittlere Spannung an der Spindeloberfläche, Gln. [3], [22] - natürliche (Meridional-) Koordinate - Winkelgeschwindigkeit in der Flüssigkeit - Winkelgeschwindigkeit der Spindelrotation - ( rheometrische Charakteristik Mit 4 Abbildungen und 3 Tabellen     

The effect of surface mass transfer on buoyancy induced flow in a variable porosity medium adjacent to a vertical heated plate

The effect of surface mass transfer on buoyancy induced flow in a variable porosity medium adjacent to a heated vertical plate is studied for high Rayleigh numbers. Similarity solutions are obtained within the frame work of boundary layer theory for a power law variation in surface temperature,T _Wx and surface injectionv _Wx(–1/2). The analysis incorporates the expression connecting porosity and permeability and also the expression connecting porosity and effective thermal diffusivity. The influence of thermal dispersion on the flow and heat transfer characteristics are also analysed in detail. The results of the present analysis document the fact that variable porosity enhances heat transfer rate and the magnitude of velocity near the wall. The governing equations are solved using an implicit finite difference scheme for both the Darcy flow model and Forchheimer flow model, the latter analysis being confined to an isothermal surface and an impermeable vertical plate. The influence of the intertial terms in the Forchheimer model is to decrease the heat transfer and flow rates and the influence of thermal dispersion is to increase the heat transfer rate.

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Der Effekt des Oberflächenstoffaustausches bei auftriebsinduzierter Strömung in einem variablen porösen Medium, das an eine vertikale, beheizte Platte angrenzt

Zusammenfassung Es wird der Effekt des Oberflächenstoffaustausches in auftriebsinduzierter Strömung in einem variablen porösen Medium, das an eine vertikale, beheizte Platte angrenzt, für große Reynoldszahlen untersucht. Ähnliche Lösungen werden im Rahmen der Grenzschicht-Theorie, durch Variation des Potenzansatzes der Oberflächentemperatur,T _Wx , und der Oberflächengeschwindigkeit,v _Wx(–1/2), erreicht. Die Analyse vereinigt sowohl den Ausdruck, der Porösität und Permeabilität verbindet, als auch den Ausdruck, der Porösität und Wärmeleitfähigkeit miteinander verbindet. Der Einfluß der Temperaturverteilung auf Strömung und Wärmeübergangskennzahlen wird ebenfalls im Detail analysiert. Als Ergebnis der vorliegenden Untersuchung ergibt sich die Tatsache, daß variable Porösität Wärmeübertragungsrate und Betrag der Geschwindigkeit in Wandnähe steigert. Die bestimmenden Gleichungen, sowohl für das Darcysche Strömungsmodell als auch für das Forchheimersche Strömungsmodell, werden mit Hilfe eines implizierten Differenzenschemas gelöst. Die Berechnung wird für die beiden Fälle, isotherme Oberfläche und undurchlässige vertikale Platte, angewandt. Der Einfluß der Terme für die Trägheitskräfte im Forchheimerschen Modell senkt Wärmeübergangs- und Durchgangsrate, wogegen die Wärmeübergangsrate durch den Einfluß der Temperaturverteilung erhöht wird.

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Nomenclature a constant defined by Eq. (12) - A constant defined by Eq. (12) - B constant defined by Eq. (3) - b _s/_f ratio of thermal conductivities - C constant defined by Eq. (1) - C _P specific heat of the convective fluid - d particle diameter - f dimensionless function defined by Eq. (14) - f _w lateral mass flux parameter - g acceleration due to gravity - k ₀ mean permeability of the mediumk ₀= ₀ ³ d ²/150 (1– ₀)² k ₀=1.75d/(1– ₀) 150 (Inertia parameter) - L length of the source or sink - m mass transfer - n constant defined in Eq. (12) - k (y) permeability of the porous medium - k (y) interial coefficient in the Ergun expression - Gr modified Grashof numberGr=(g k ₀ k ₀ (T _w–))/ ² - R _a Rayleigh number (g k ₀ x T _w–)/ - R _ad modified Rayleigh number (g k ₀ d|T _w–|)/ - N _u Nusselt number - s x/d - Q overall heat transfer rate - T temperature - T _w surface temperature - T ambient fluid temperature - u velocity in vertical direction - v velocity in horizontal direction - x vertical coordinate - y horizontal coordinate Greek symbols ₀ mean thermal diffusivity _f/ C_p - coefficient of thermal expansion - constant defined in Eq. (4) - ratio of particle to bed diameter - _e effective thermal conductivity - f thermal conductivity of fluid - _s thermal conductivity of solid - dimensionless similarity variable in Eq. (13) - value of at the edge of the boundary layer - constant defined in Eq. (1) - _e effective molecular thermal diffusivity - (y) porosity of the medium - ₀ mean porosity of the medium - viscosity of the fluid - ₀ density of the convective fluid - stream function - w condition at the wall - condition at infinity     

Theoretische Untersuchung der laminaren Zweistoff-grenzschichtströmung längs eines verdunstenden Flüssigkeitsfilms bei nichtadiabater Verdunstung

Zusammenfassung Zur Klärung der physikalischen Vorgänge im Verdampferteil einer Filmverdampfungsbrennkammer wird in Erweiterung der adiabaten Verdunstung der Fall der einseitig benetzten ebenen Platte behandelt, die sowohl im Gleichals auch im Gegenstrom von der heißen Außenluft umströmt wird. Die für beide Strömungsfälle maßgebenden Grenzschichtgleichungen werden simultan unter Berücksichtigung temperatur- und konzentrationsabhängiger Stoffwerte mit einem impliziten Differenzenverfahren gelöst. Dabei ergeben sich für den Gleichstrom ähnliche Lösungen des gekoppelten Gleichungssystems, die mit den ähnlichen, für die adiabate Verdunstung geltenden Lösungen verglichen werden. Die Berechnung der durch den Stoffübergang beeinflußten Grenzschicht parameter zeigt, daß das Modell der Gegenstromanordnung, bei der sich nichtähnliche Profile entlang der Filmoberfl äche einstellen, für einen möglichen Einsatz in einer Filmverdampfungsbrennkammer am besten geeignet ist.

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Theoretical investigation on the binary laminar boundary-layer flow along a vaporizing liquid layer at non-adiabatic evaporation

For clarification the physical process in the evaporating part of a film-evaporation combustion-chamber in addition to the adiabatic evaporation the case of a one-sided wet plate in co- and counter-current hot air flow is presented. The boundary-layer equations for both streams are solved simultaneously with an implicit finite-difference method taking into account variable fluid properties. Thereby the similar solutions obtained for the co-current flow are compared with the corresponding similar solutions for the case of the adiabatic evaporation. Contrary to the co-current flow the counter-current flow yields non-similar solutions and the computation of the boundary-layer parameters influenced by the evaporation mass-flow shows, that the model of counter-current flow is best suitable for application in a film-evaporation combustion-chamber.

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Bezeichnungen A_j, B_j Abkürzungen in der allg. Differenzen - C_j gleichung (36) - c Massenkonzentration, bezogen auf Gemischmasse - c_f Dimensionsloser örtlicher Reibungsbeiwert - c_p Spezifische Wärmekapazität - D₁₂ Diffusionskoeffizient - h Enthalpie des Gasgemisches - K₁, K₂ Abkürzungen in der Gl. (5) - K₅, K₆ Abkürzungen in der Gl.(22) - L Plattenlänge - M Molmasse - m₁ Massenstromdichte, verdunstende Masse je Flächen- und Zeiteinheit - m^* Dimensionslose Massenstromdichte, Verdunstungsparameter nach Gl.(32) - m^** Örtliche dimensionslose Massenstromdichte nach Gl. (33) - P_Gr Stellvertretende Größe für die Grenzschicht parameter c_f, St_T und St_m nach Gl. (34) - p Statischer Druck (=Summe der Partialdrücke) - p_1w Sättigungsdruck an der Filmoberfläche - q Wärmestromdichte - r Verdampfungsenthalpie - r _1w ^* Dimensionslose Verdampfungsenthalpie nachGl.(25) - u Geschwindigkeit in x-Richtung - v Geschwindigkeit in y-Richtung - x Längskoordinate - ¯x Längskoordinate für den Gegenstrom s. Bild 14 - x_A Wärmeisolierte Anlaufstrecke s. Bild 14 - x^* Dimensionslose Längskoordinate für das Dreipunkt-Differenzenverfahren x^*=x/_s - y Querkoordinate - y^* Normierte Querkoordinate für das Drei punkt-Differenzenverfahren y^*=y/_s - ₁ Dimensionslose Verdrängungsdicke nach Gl.(27) - ₂ Dimensionslose Impulsverlustdicke nach Gl.(28) - _c Konzentrationsgrenzschichtdicke (y-Wert für =0.99) - _s Strömungsgrenzschichtdicke (y-Wert für u/u=0.99) - _T Temperaturgrenzschichtdicke (y-Wert für = 0.99) - _T Dimensionsloser Wandabstand nach Gl.(37) - Normierte absolute Temperatur (= (T – T_w)/(T _{– T w}) - Wärmeleitfähigkeit - Dynamische Zähigkeit - Kinematische Zähigkeit - Dichte - Schubspannung - Allgemeine abhängige Variable (s. Tabelle 1) Normierte Massenkonzentration (=(c₁–c_1w/(c₁–c_1w)) - Nu Nußelt-Zahl (= L(T/yT/y)_w/(T–T_w)) - Pr Prandtl-Zahl (=c_p/) - Re_x Reynolds-Zahl (=ux/) - Re_L Reynolds-Zahl (=uL/) - Re_s Reynolds-Zahl (= u_s/) - Sc Schmidt-Zahl (=/D₁₂) - St_m Stanton-Zahl des Stoffübergangs nach Gl.(31) - St_T Stanton-Zahl des Wärmeübergangs nach Gl.(30) Indizes 0 Bezogen auf Strömung ohne Stoffübergang - 1 Gas 1 (Benzoldampf) - 2 Gas 2 (Luft) - Ungestörter Anströmzustand der Luft - ad Charakteristische Werte des adiabaten Strömungsfalles - Geg Charakteristische Werte des Gegenstroms - Gl Charakteristische Werte des Gleichstroms - j Diskreter Punkt in y-Richtung - k Diskreter Punkt in x-Richtung - w Werte an der Plattenoberfläche - + Werte an der benetzten Plattenoberseite - – Werte an der trockenen Plattenunterseite Auszug aus der von der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Technischen Universität Braunschweig zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs genehmigten Dissertation über Theoretische Untersuchung der laminaren Zweistoffgrenzschichtströmung längs einer benetzten, ebenen Platte bei nichtadiabater Verdunstung des Diplom-Ingenieurs Klaus Pientka. Berichterstatter: Prof. Dr. phil. Dr.-Ing. E.h. H. Schlichting und Prof. Dr.-Ing. D. Hummel. - Die Dissertation wurde am 14 Juni 1976 bei der Technischen Universität eingereicht. Die mündliche Prüfung fand am 23. November 1976 statt.     

Messung des ersten Normalspannungskoeffizienten von Kunststoffschmelzen im Bogenspalt

Zusammenfassung Bei einer stationären Schichtenströmung in einem Bogenspalt (azimutale Druckströmung im Ringspalt) bildet sich zwischen Innen- und Außenwand eine Druckdifferenz aus, deren Größe ein Maß für den 1. Normalspannungskoeffizienten der elastischen Flüssigkeit im Spalt ist. Die Strömung läßt sich zur Messung des 1. Normalspannungskoeffizienten verwenden. Der Schergeschwindigkeitsbereich der Messung liegt, wie bei der Kapillarrheometrie zur Bestimmung der Viskosität, zwischen 1 und 1000 s^–1. Die Auswertung der Messungen ist wegen des inhomogenen Scherfeldes relativ kompliziert. In der Arbeit wird ein besonders wirkungsvolles numerisches Auswerteverfahren hergeleitet und auf bestehende Messungen angewendet. Eine Besonderheit des Auswerteverfahrens ist die Freiheit der Wahl des Approximationsansatzes für die Viskositätskurve, während analytische Verfahren meist an einen bestimmten Ansatz gebunden sind. Außerdem braucht, im Gegensatz zu anderen derartigen Verfahren, die Position des schubspannungsfreien Stromfadensr ₀ nicht bestimmt zu werden.

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Summary The stress in steady viscometric flow of molten polymers is determined by the viscosity and by the two normal stress coefficients ₁ and ₂. The paper describes a method of measuring ₁ by means of steady circumferential shear flow in an annulus. The cylinders are stationary and the fluid flows due to a circumferential pressure gradient. The radial normal stresses at the outer and at the inner wall are different from each other. The pressure-differencep is a measure for the 1. normal stress coefficient of the viscoelastic fluid. Due to the inhomogeneous shear field, the evaluation of ₁ fromp measurements is quite complicated. A powerful numerical method of evaluation has been developed and applied to existing data. The method is not restricted to a special empirical formula for the flow curve (as an analytical method would be) and does not require the knowledge of the positionr ₀ of the stress-free stream line.

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a Pa s² Stoffparameter des Ansatzes des 1. Normalspannungskoeffizienten, s. Gl. [8] - AR _i — Koeffizient des Druckgefälles in-Richtung (Programm PFEIL) - AU _i — Koeffizient für Integration nach Simpson-Regel (Programm PFEIL) - b s² Stoffparameter des Ansatzes des 1. Normalspannungskoeffizienten - B _i — Koeffizient auf der rechten Seite des linearen Gleichungssystems (Programm PFEIL) - c — Exponent des Ansatzes des 1. Normalspannungskoeffizienten - CL _i CM _i CR _i — Koeffizienten der dimensionslosen Geschwindigkeit in dem linearen Gleichungssystem (Programm PFEIL) - F ₁,F ₂,F ₃ — Ableitungen der Summe der Fehlerquadrate nacha, b undc - G _k — Gewichtsfaktor - h m Spaltweite,r _a –r _i - H — dimensionslose Spaltweite, (r _a –r _i )/r _a - l m Länge des Bogenspaltes, 0,75(r _a +r _i ) - m — Exponent des Potenzansatzes, s. Gl. [13] - n — Dämpfungskonstante - N ₁ Pa 1. Normalspannungsdifferenz, _rr – - N ₂ Pa 2. Normalspannungsdifferenz - p Pa Druck - p Pa Druckgradient in-Richtung - P — dimensionsloser Druckgradient in-Richtung, s. Gl. [14] - p, p _k Pa Normalspannungsdifferenz zwischen Innen- und Außenwand im Bogenspalt, (– p + _rr ) _a – (–p + _rr ) _i - Q — Summe der Fehlerquadrate - r, R= r/r _a m, — Radiusvektor (Koordinate in Gradientenrichtung) - r ₀,R ₀=r ₀/r _a m, — Radius des neutralen Fadens - R — dimensionslose radiale Schrittweite - T, °C Temperatur bzw. Bezugstemperatur - v ms^–1 Geschwindigkeitskomponente in-Richtung - V ,V _,i — dimensionslose Geschwindigkeitskomponente in-Richtung - V _a ,V _k — dimensionslose Geschwindigkeit an der Außen- bzw. Innenwand - v _r ,v _z ms^–1 Geschwindigkeitskomponenten inr-undz-Richtung - ms ^–1 mittlere Geschwindigkeit in-Richtung - z m Koordinate in der indifferenten Richtung - K^–1 Temperaturkoeffizient der Viskosität - s^–1 Schergeschwindigkeit - s^–1 kritische Schergeschwindigkeit der Viskositätskurve, s. Gl. [13] - s^–1 Bezugsschergeschwindigkeit, - — dimensionslose Schergeschwindigkeit - — dimensionslose kritische Schergeschwindigkeit, - Pa s Viskosität - ₀ Pa s Nullviskosität - Pa s Bezugsviskosität, - — Radienverhältnis,r _i /r _a - ₁ Pa s ² 1. Normalspannungskoeffizient - Pa s² mittlerer 1. Normalspannungskoeffizient - ₂ Pa s² 2. Normalspannungskoeffizient - — Koordinate in Strömungsrichtung - Pa Spannung - a an der Außenwand - i, an der Innenwand - i laufender Index inr-Richtung - k Nummer des Meßpunktes - n Anzahl der Meßpunkte - n _i nord für Programm PFEIL - s _i süd für Programm PFEIL Mit 9 Abbildungen und 2 Tabellen     

Flow in porous media I: A theoretical derivation of Darcy's law

Stokes flow through a rigid porous medium is analyzed in terms of the method of volume averaging. The traditional averaging procedure leads to an equation of motion and a continuity equation expressed in terms of the volume-averaged pressure and velocity. The equation of motion contains integrals involving spatial deviations of the pressure and velocity, the Brinkman correction, and other lower-order terms. The analysis clearly indicates why the Brinkman correction should not be used to accommodate ano slip condition at an interface between a porous medium and a bounding solid surface.The presence of spatial deviations of the pressure and velocity in the volume-averaged equations of motion gives rise to aclosure problem, and representations for the spatial deviations are derived that lead to Darcy's law. The theoretical development is not restricted to either homogeneous or spatially periodic porous media; however, the problem ofabrupt changes in the structure of a porous medium is not considered.Roman Letters A interfacial area of the - interface contained within the macroscopic system, m² - A _e area of entrances and exits for the -phase contained within the macroscopic system, m² - A interfacial area of the - interface contained within the averaging volume, m² - A ^* interfacial area of the - interface contained within a unit cell, m² - Ae area of entrances and exits for the -phase contained within a unit cell, m² - B second order tensor used to represent the velocity deviation (see Equation (3.30)) - b vector used to represent the pressure deviation (see Equation (3.31)), m^–1 - d distance between two points at which the pressure is measured, m - g gravity vector, m/s² - K Darcy's law permeability tensor, m² - L characteristic length scale for volume averaged quantities, m - characteristic length scale for the -phase (see Figure 2), m - characteristic length scale for the -phase (see Figure 2), m - n unit normal vector pointing from the -phase toward the -phase (n =–n ) - n _e unit normal vector for the entrances and exits of the -phase contained within a unit cell - p pressure in the -phase, N/m² - p intrinsic phase average pressure for the -phase, N/m² - p –p , spatial deviation of the pressure in the -phase, N/m² - r ₀ radius of the averaging volume and radius of a capillary tube, m - v velocity vector for the -phase, m/s - v phase average velocity vector for the -phase, m/s - v intrinsic phase average velocity vector for the -phase, m/s - v –v , spatial deviation of the velocity vector for the -phase, m/s - V averaging volume, m³ - V volume of the -phase contained within the averaging volume, m³ Greek Letters V/V, volume fraction of the -phase - mass density of the -phase, kg/m³ - viscosity of the -phase, Nt/m² - arbitrary function used in the representation of the velocity deviation (see Equations (3.11) and (B1)), m/s - arbitrary function used in the representation of the pressure deviation (see Equations (3.12) and (B2)), s^–1     

Der Spannungs- und Verschiebungszustand drehsymmetrischer Membrane mit beliebig gekrümmter Meridiankurve

Zusammenfassung Die Einführung von Zylinderkoordinaten (x, r, ) in die Gleichgewichtsbedingungen der Schnittkräfte bzw. in die Beziehungen zwischen Verzerrung und Verschiebungen am differentialen Schalenabschnitt ermöglicht die Berechnung des Spannungs- und Verschiebungszustandes von drehsymmetrischen Membranen mit beliebig gekrümmter Meridiankurve auf die Integration einer einfachen, linearen partiellen Differentialgleichung zweiter Ordnung für eine charakteristische FunktionF bzw. zurückzuführen. Eine geschlossene Lösung und damit eine Darstellung der Schnittkräfte und Verschiebungen durch explizite Formeln ist bei harmonischer Belastung cosn für zwei Funktionsgruppen=x ² und=x ^–3 möglich. Im Sonderfall der drehsymmetrischen und der antimetrischen Belastung mitn=0 undn=1 gelten die Gleichungen der Schnitt- und Verschiebungsgrößen für eine beliebige Meridianfunktion=(). Die Betrachtungen der Randbedingungen offener Schalen bei harmonischer Belastung geben über die infinitesimalen Deformationen einer drehsymmetrischen Membran mit überall negativer Krümmung Aufschluß.     

Nonstationary vibration of a rotating shaft with nonlinear spring characteristics during acceleration through a critical speed (A critical speed of a summed-and-differential harmonic oscillation)

Nonstationary vibration of a flexible rotating shaft with nonlinear spring characteristics during acceleration through a critical speed of a summed-and-differential harmonic oscillation was investigated. In numerical simulations, we investigated the influence of the angular acceleration , the initial angular position of the unbalance _n and the initial rotating speed on the maximum amplitude. We also performed experiments with various angular accelerations. The following results were obtained: (1) the maximum amplitude depends not only on but also on _n and : (2) when the initial angular position _n changes. the maximum amplitude varies between two values. The upper and lower bounds of the maximum amplitude do not change monotonously for the angular acceleration: (3) In order to always pass the critical speed with finite amplitude during acceleration. the value of must exceed a certain critical value.Nomenclature O-xyz rectangular coordinate system - , ₁, ₁ inclination angle of rotor and its projections to thexy- andyz-planes - I _r polar moment of inertia of rotor - I diametral moment of inertia of rotor - i _r ratio ofI _r toI - dynamic unbalance of rotor - directional angle of fromx-axis - c damping coefficient - spring constant of shaft - N _nt ,N _nt nonlinear terms in restoring forees in ₁ and ₁ directions - ₄ representative angle - a small quantity - V. V _u .V _N potential energy and its components corresponding to linear and nonlinear terms in the restoring forees - directional angle - _n coefficients of asymmetrical nonlinear terms - _n coefficients of symmetrical nonlinear terms - coefficients of asymmetrical nonlinear terms experessed in polar coordinates - coefficients of symmetrical nonlinear terms expressed in polar coordinates - rotating speed of shaft - t time - _n initial angular position of att=0 - p natural frequency - p ₁.p _t natural frequencies of forward and backward precessions - , ₁, ₁ total phases of harmonic, forward precession and backward precession components in summed-and-differential harmonic oscillation - , ₁, ₁ phases of harmonic, forward precession and backward precession components in summed-and-differential harmonic oscillation - P, R _t ,R _b amplitudes of harmonic, forward precession and backward precession components in summed-and-differential harmonic oscillation - difference between phases ( = _f – _u) - acceleration of rotor - initial rotating speed - t _t ,r _b amplitudes of nonstationary oscillation during acceleration - (r _t )_max, (r _b )_max maximum amplitudes of nonstationary oscillation during acceleration - (r ₁ ¹ )_max, (r _b ¹ )_max maximum value of angular acceleration of non-passable case - ₀ critical value over which the rotor can always pass the critical speed - p ₁,p ₂,p ₃,p ₄ natural frequencies of experimental apparatus